आधुनिक मनुष्य अपने दैनिक जीवन में विभिन्न धातुओं से घिरा हुआ है। हमारे द्वारा उपयोग की जाने वाली अधिकांश वस्तुओं में ये रसायन होते हैं। यह सब इसलिए हुआ क्योंकि लोगों ने धातु प्राप्त करने के कई तरीके खोजे।
धातु क्या हैं
अकार्बनिक रसायन लोगों के लिए इन मूल्यवान पदार्थों से संबंधित है। धातु प्राप्त करना एक व्यक्ति को अधिक से अधिक सही तकनीक बनाने की अनुमति देता है जो हमारे जीवन को बेहतर बनाता है। वे क्या हैं? धातुओं को प्राप्त करने के सामान्य तरीकों पर विचार करने से पहले, यह समझना आवश्यक है कि वे क्या हैं। धातु रासायनिक तत्वों का एक समूह है जो विशिष्ट गुणों वाले साधारण पदार्थों के रूप में होता है:
• तापीय और विद्युत चालकता;
• उच्च लचीलापन;
• चमक।
एक व्यक्ति उन्हें अन्य पदार्थों से आसानी से अलग कर सकता है। सभी धातुओं की एक विशिष्ट विशेषता एक विशेष चमक की उपस्थिति है। यह आपतित प्रकाश किरणों को एक ऐसी सतह पर परावर्तित करके प्राप्त किया जाता है जो उन्हें संचारित नहीं करती है। चमक सभी धातुओं का एक सामान्य गुण है, लेकिन यह चांदी में सबसे अधिक स्पष्ट है।
परआज तक, वैज्ञानिकों ने 96 ऐसे रासायनिक तत्वों की खोज की है, हालांकि उन सभी को आधिकारिक विज्ञान द्वारा मान्यता प्राप्त नहीं है। उन्हें उनके विशिष्ट गुणों के आधार पर समूहों में विभाजित किया गया है। निम्नलिखित धातुओं को इस प्रकार पृथक किया जाता है:
• क्षारीय - 6;
• क्षारीय पृथ्वी – 6;
• संक्रमणकालीन – 38;
• प्रकाश - 11;
• सेमीमेटल्स – 7;
• लैंथेनाइड्स - 14;
• एक्टिनाइड्स – 14.
धातु प्राप्त करना
मिश्र धातु बनाने के लिए सबसे पहले आपको प्राकृतिक अयस्क से धातु प्राप्त करनी होगी। मूल तत्व वे पदार्थ हैं जो प्रकृति में स्वतंत्र अवस्था में पाए जाते हैं। इनमें प्लैटिनम, सोना, टिन, पारा शामिल हैं। उन्हें यांत्रिक रूप से या रासायनिक अभिकर्मकों की सहायता से अशुद्धियों से अलग किया जाता है।
अन्य धातुओं को उनके यौगिकों को संसाधित करके खनन किया जाता है। वे विभिन्न जीवाश्मों में पाए जाते हैं। अयस्क खनिज और चट्टानें हैं, जिनमें ऑक्साइड, कार्बोनेट या सल्फाइड के रूप में धातु के यौगिक शामिल हैं। इन्हें प्राप्त करने के लिए रासायनिक प्रसंस्करण का उपयोग किया जाता है।
धातु प्राप्त करने के तरीके:
• कोयले के साथ ऑक्साइड की कमी;
• टिन के पत्थर से टिन प्राप्त करना;
• लौह अयस्क गलाने;
• विशेष भट्टियों में सल्फर यौगिकों को जलाना।
अयस्क चट्टानों से धातुओं के निष्कर्षण की सुविधा के लिए, उनमें फ्लक्स नामक विभिन्न पदार्थ मिलाए जाते हैं। वे मिट्टी, चूना पत्थर, रेत जैसी अवांछित अशुद्धियों को दूर करने में मदद करते हैं। इस प्रक्रिया के परिणामस्वरूप, फ्यूसिबल यौगिक प्राप्त होते हैं,सकल कहा जाता है।
अशुद्धियों की एक महत्वपूर्ण मात्रा की उपस्थिति में, धातु को गलाने से पहले अनावश्यक घटकों के एक बड़े हिस्से को हटाकर अयस्क को समृद्ध किया जाता है। इस उपचार के लिए सबसे व्यापक रूप से उपयोग किए जाने वाले तरीके प्लवनशीलता, चुंबकीय और गुरुत्वाकर्षण हैं।
क्षार धातु
क्षार धातुओं का बड़े पैमाने पर उत्पादन एक अधिक जटिल प्रक्रिया है। यह इस तथ्य के कारण है कि वे प्रकृति में केवल रासायनिक यौगिकों के रूप में पाए जाते हैं। चूंकि वे एजेंटों को कम कर रहे हैं, इसलिए उनका उत्पादन उच्च ऊर्जा लागत के साथ होता है। क्षार धातुओं को निकालने के कई तरीके हैं:
• लिथियम अपने ऑक्साइड से निर्वात में या स्पोड्यूमिन के प्रसंस्करण के दौरान बनने वाले क्लोराइड के पिघल के इलेक्ट्रोलिसिस द्वारा प्राप्त किया जा सकता है।
• कसकर बंद क्रूसिबल में कोयले के साथ सोडा को कैल्सीन करके या कैल्शियम के साथ पिघले क्लोराइड के इलेक्ट्रोलिसिस द्वारा सोडियम निकाला जाता है। पहली विधि सबसे अधिक समय लेने वाली है।
• पोटैशियम उसके लवण के पिघले हुए इलेक्ट्रोलिसिस द्वारा या उसके क्लोराइड के माध्यम से सोडियम वाष्प को प्रवाहित करके प्राप्त किया जाता है। यह 440 डिग्री सेल्सियस के तापमान पर पिघला हुआ पोटेशियम हाइड्रॉक्साइड और तरल सोडियम की बातचीत से भी बनता है।
• सीज़ियम और रूबिडियम को उनके क्लोराइड को कैल्शियम के साथ 700-800 डिग्री सेल्सियस या ज़िरकोनियम 650 डिग्री सेल्सियस पर कम करके खनन किया जाता है। इस तरह से क्षार धातु प्राप्त करना अत्यंत ऊर्जा गहन और महंगा है।
धातुओं और मिश्र धातुओं के बीच अंतर
धातुओं और उनके मिश्र धातुओं के बीच एक मौलिक रूप से स्पष्ट सीमा व्यावहारिक रूप से मौजूद नहीं है, क्योंकि यहां तक कि सबसे शुद्ध, सरल पदार्थों में भीकुछ मात्रा में अशुद्धियाँ। तो उनमें क्या अंतर है? उद्योग में और राष्ट्रीय अर्थव्यवस्था के अन्य क्षेत्रों में उपयोग की जाने वाली लगभग सभी धातुओं का उपयोग मुख्य रासायनिक तत्व में अन्य घटकों को जोड़कर उद्देश्यपूर्ण रूप से प्राप्त मिश्र धातुओं के रूप में किया जाता है।
मिश्र
प्रौद्योगिकी को विभिन्न प्रकार की धातु सामग्री की आवश्यकता होती है। इसी समय, शुद्ध रासायनिक तत्वों का व्यावहारिक रूप से उपयोग नहीं किया जाता है, क्योंकि उनमें लोगों के लिए आवश्यक गुण नहीं होते हैं। अपनी आवश्यकताओं के लिए, हमने मिश्र धातु प्राप्त करने के विभिन्न तरीकों का आविष्कार किया है। यह शब्द एक मैक्रोस्कोपिक रूप से सजातीय सामग्री को संदर्भित करता है जिसमें 2 या अधिक रासायनिक तत्व होते हैं। इस मामले में, मिश्र धातु में धातु के घटक प्रबल होते हैं। इस पदार्थ की अपनी संरचना है। मिश्र धातुओं में, निम्नलिखित घटक प्रतिष्ठित हैं:
• एक या अधिक धातुओं का आधार;
• संशोधित और मिश्रधातु तत्वों के छोटे जोड़;
• गैर-हटाई गई अशुद्धियां (तकनीकी, प्राकृतिक, यादृच्छिक)।
धातु मिश्र मुख्य संरचनात्मक सामग्री हैं। प्रौद्योगिकी में, उनमें से 5000 से अधिक हैं।
मिश्र धातुओं के प्रकार
इतनी विविध मिश्र धातुओं के बावजूद, लोहे और एल्यूमीनियम पर आधारित मिश्र धातुओं का लोगों के लिए सबसे अधिक महत्व है। वे रोजमर्रा की जिंदगी में सबसे आम हैं। मिश्र धातुओं के प्रकार भिन्न होते हैं। इसके अलावा, वे कई मानदंडों के अनुसार विभाजित हैं। इसलिए मिश्र धातुओं के निर्माण के विभिन्न तरीकों का उपयोग किया जाता है। इस मानदंड के अनुसार, उन्हें विभाजित किया गया है:
• कास्ट करें, जोमिश्रित घटकों के पिघल क्रिस्टलीकरण द्वारा प्राप्त किया गया।
• पाउडर के मिश्रण को दबाकर और फिर उच्च तापमान पर सिंटरिंग करके बनाया गया पाउडर। इसके अलावा, अक्सर ऐसे मिश्र धातुओं के घटक न केवल साधारण रासायनिक तत्व होते हैं, बल्कि उनके विभिन्न यौगिक भी होते हैं, जैसे कि कठोर मिश्र धातुओं में टाइटेनियम या टंगस्टन कार्बाइड। कुछ मात्रा में उनके योग से धात्विक पदार्थों के गुण बदल जाते हैं।
तैयार उत्पाद या रिक्त के रूप में मिश्र धातु प्राप्त करने के तरीकों में विभाजित हैं:
• फाउंड्री (सिलुमिन, कच्चा लोहा);
• गढ़ा (स्टील);
• पाउडर (टाइटेनियम, टंगस्टन)।
मिश्र धातुओं के प्रकार
धातु प्राप्त करने की विधियाँ भिन्न-भिन्न होती हैं, जबकि इनसे बनी सामग्री के गुण भिन्न-भिन्न होते हैं। एकत्रीकरण की ठोस अवस्था में, मिश्र हैं:
• सजातीय (वर्दी), जिसमें एक ही प्रकार के क्रिस्टल होते हैं। उन्हें अक्सर एकल-चरण कहा जाता है।
• विषमांगी (विषम), जिसे मल्टीफ़ेज़ कहा जाता है। जब उन्हें प्राप्त किया जाता है, तो मिश्र धातु के आधार के रूप में एक ठोस समाधान (मैट्रिक्स चरण) लिया जाता है। इस प्रकार के विषमांगी पदार्थों की संरचना इसके रासायनिक तत्वों की संरचना पर निर्भर करती है। इस तरह के मिश्र में निम्नलिखित घटक हो सकते हैं: अंतरालीय और प्रतिस्थापन के ठोस समाधान, रासायनिक यौगिक (कार्बाइड्स, इंटरमेटालाइड्स, नाइट्राइड), सरल पदार्थों के क्रिस्टलीय।
मिश्र धातु गुण
भले ही धातुओं और मिश्र धातुओं को प्राप्त करने के लिए किन विधियों का उपयोग किया जाता है, उनके गुण पूरी तरह से क्रिस्टलीय द्वारा निर्धारित किए जाते हैंइन सामग्रियों की चरण संरचना और सूक्ष्म संरचना। उनमें से प्रत्येक अलग हैं। मिश्र धातुओं के स्थूल गुण उनकी सूक्ष्म संरचना पर निर्भर करते हैं। किसी भी मामले में, वे अपने चरणों की विशेषताओं से भिन्न होते हैं, जो पूरी तरह से सामग्री की क्रिस्टल संरचना पर निर्भर करते हैं। धातु मैट्रिक्स में चरणों के समान वितरण के परिणामस्वरूप विषम (मल्टीफ़ेज़) मिश्र धातुओं की मैक्रोस्कोपिक समरूपता प्राप्त की जाती है।
मिश्र धातुओं की सबसे महत्वपूर्ण संपत्ति वेल्डेबिलिटी है। अन्यथा, वे धातुओं के समान हैं। तो, मिश्र धातुओं में तापीय और विद्युत चालकता, लचीलापन और परावर्तन (चमक) होता है।
मिश्र धातुओं की किस्में
मिश्र धातु प्राप्त करने के विभिन्न तरीकों ने मनुष्य को विभिन्न गुणों और विशेषताओं के साथ बड़ी संख्या में धातु सामग्री का आविष्कार करने की अनुमति दी है। अपने उद्देश्य के अनुसार इन्हें निम्नलिखित समूहों में बांटा गया है:
• संरचनात्मक (इस्पात, ड्यूरालुमिन, कच्चा लोहा)। इस समूह में विशेष गुणों वाले मिश्र भी शामिल हैं। इसलिए वे आंतरिक सुरक्षा या घर्षण-विरोधी गुणों से प्रतिष्ठित हैं। इनमें पीतल और कांस्य शामिल हैं।
• बियरिंग (बेबीट) डालने के लिए।
• इलेक्ट्रिक हीटिंग और मापने के उपकरण (निक्रोम, मैंगनीन) के लिए।
• काटने के उपकरण (जीत) के उत्पादन के लिए।
उत्पादन में, लोग अन्य प्रकार की धातु सामग्री का भी उपयोग करते हैं, जैसे कि फ्यूसिबल, गर्मी प्रतिरोधी, संक्षारण प्रतिरोधी और अनाकार मिश्र धातु। मैग्नेट और थर्मोइलेक्ट्रिक्स (बिस्मथ, लेड, एंटीमनी और अन्य के टेलुराइड और सेलेनाइड्स) का भी व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है।
लौह मिश्र धातु
व्यावहारिक रूप से पृथ्वी पर गलाने वाले सभी लोहे को सरल और मिश्र धातु वाले स्टील्स के उत्पादन के लिए निर्देशित किया जाता है। इसका उपयोग लोहे के उत्पादन में भी किया जाता है। लौह मिश्र धातुओं ने अपनी लोकप्रियता इस तथ्य के कारण प्राप्त की है कि उनके पास ऐसे गुण हैं जो मनुष्यों के लिए फायदेमंद हैं। वे एक साधारण रासायनिक तत्व में विभिन्न घटकों को जोड़कर प्राप्त किए गए थे। इसलिए, इस तथ्य के बावजूद कि एक ही पदार्थ के आधार पर विभिन्न लौह मिश्र धातुएं बनाई जाती हैं, स्टील्स और कास्ट आयरन में अलग-अलग गुण होते हैं। नतीजतन, उन्हें कई तरह के एप्लिकेशन मिलते हैं। अधिकांश स्टील कास्ट आयरन की तुलना में सख्त होते हैं। इन धातुओं को प्राप्त करने के विभिन्न तरीके आपको इन लौह मिश्र धातुओं के विभिन्न ग्रेड (ब्रांड) प्राप्त करने की अनुमति देते हैं।
मिश्र धातु के गुणों में सुधार
कुछ धातुओं और अन्य रासायनिक तत्वों को मिलाकर, बेहतर विशेषताओं वाली सामग्री प्राप्त की जा सकती है। उदाहरण के लिए, शुद्ध एल्यूमीनियम की उपज शक्ति 35 एमपीए है। तांबे (1.6%), जस्ता (5.6%), मैग्नीशियम (2.5%) के साथ इस धातु का मिश्र धातु प्राप्त करते समय, यह आंकड़ा 500 एमपीए से अधिक है।
विभिन्न रसायनों के विभिन्न अनुपातों को मिलाकर, बेहतर चुंबकीय, थर्मल या विद्युत गुणों वाली धातु सामग्री प्राप्त की जा सकती है। इस प्रक्रिया में मुख्य भूमिका मिश्र धातु की संरचना द्वारा निभाई जाती है, जो इसके क्रिस्टल का वितरण और परमाणुओं के बीच के बंधन का प्रकार है।
इस्पात और लोहा
ये मिश्र धातु लोहे और कार्बन (2%) के संयोजन से प्राप्त होते हैं। मिश्रित सामग्री के उत्पादन में, उन्हें जोड़ा जाता हैनिकल, क्रोम, वैनेडियम। सभी साधारण स्टील्स को प्रकारों में बांटा गया है:
• कम कार्बन (0.25% कार्बन) विभिन्न संरचनाओं के लिए उपयोग किया जाता है;
• उच्च कार्बन (0.55% से अधिक) काटने के उपकरण के लिए डिज़ाइन किया गया।
यांत्रिक इंजीनियरिंग और अन्य उत्पादों में मिश्र धातु स्टील्स के विभिन्न ग्रेड का उपयोग किया जाता है।
कार्बन के साथ लोहे की मिश्र धातु, जिसका प्रतिशत 2-4% है, कच्चा लोहा कहलाती है। इस सामग्री में सिलिकॉन भी होता है। अच्छे यांत्रिक गुणों वाले विभिन्न उत्पादों को कच्चा लोहा से कास्ट किया जाता है।
अलौह धातु
लोहे के अलावा अन्य रासायनिक तत्वों का उपयोग विभिन्न धातु सामग्री बनाने के लिए भी किया जाता है। उनके संयोजन के परिणामस्वरूप, अलौह मिश्र धातु प्राप्त होती है। लोगों के जीवन में, निम्न पर आधारित सामग्री:ने सबसे बड़ा उपयोग पाया है
• तांबा, जिसे पीतल कहा जाता है। इनमें 5-45% जिंक होता है। यदि इसकी सामग्री 5-20% है, तो पीतल को लाल कहा जाता है, और यदि 20-30% - पीला। सिलिकॉन, टिन, बेरिलियम, एल्युमिनियम के साथ तांबे की मिश्र धातुएँ होती हैं। उन्हें कांस्य कहा जाता है। ये मिश्र कई प्रकार के होते हैं।
• लेड, जो एक सामान्य सोल्डर (ट्रेटनिक) है। इस मिश्रधातु में टिन के 2 भाग इस रसायन के 1 भाग पर पड़ते हैं। बैबिट का उपयोग करके बियरिंग्स का उत्पादन किया जाता है, जो सीसा, टिन, आर्सेनिक और सुरमा का मिश्र धातु है।
• एल्यूमीनियम, टाइटेनियम, मैग्नीशियम और बेरिलियम, जो उच्च शक्ति और उत्कृष्ट यांत्रिक के साथ हल्के अलौह मिश्र धातु हैंगुण।
प्राप्त करने के तरीके
धातु और मिश्र धातु प्राप्त करने की मुख्य विधियाँ:
• फाउंड्री, जिसमें विभिन्न पिघले हुए घटकों का सजातीय मिश्रण जम जाता है। मिश्र धातु प्राप्त करने के लिए, धातुओं को प्राप्त करने के लिए पाइरोमेटेलर्जिकल और इलेक्ट्रोमेटेलर्जिकल विधियों का उपयोग किया जाता है। पहले संस्करण में, ईंधन के दहन की प्रक्रिया में प्राप्त तापीय ऊर्जा का उपयोग कच्चे माल को गर्म करने के लिए किया जाता है। पाइरोमेटेलर्जिकल विधि से ओपन-हार्ट फर्नेस में स्टील और ब्लास्ट फर्नेस में कच्चा लोहा बनता है। इलेक्ट्रोमेटेलर्जिकल विधि के साथ, कच्चे माल को इंडक्शन या इलेक्ट्रिक आर्क फर्नेस में गर्म किया जाता है। वहीं, कच्चा माल बहुत जल्दी नरम हो जाता है।
• पाउडर, जिसमें मिश्रधातु बनाने के लिए इसके घटकों के चूर्ण का उपयोग किया जाता है। दबाने के लिए धन्यवाद, उन्हें एक निश्चित आकार दिया जाता है, और फिर विशेष ओवन में पाप किया जाता है।
